自1974年开始实施《新能源开发计划》以来,日本就已经将燃料电池技术定为国家战略;2002年东京启动了氢燃料电池汽车示范计划项目（JHFC）^[8];2010年日本燃料电池商业化协会制定了日本燃料电池汽车和加氢站推广路线图和目标^[9],其中,计划在2015年开始普及大众化燃料电池汽车,2026年前进入商业化初期阶段,从2026年开始,燃料电池汽车和加氢进入全面商业化阶段,实现能源多样化和大幅降低二氧化碳排放。目前,丰田和本田等汽车公司已陆续在2014年、2015年推出了少量的燃料电池汽车产品。

近年来,日本政府更是加大了对燃料电池汽车的政策支持力度。比如,2014年日本国内开始实行对燃料电池汽车购买者提供每辆车200~300万日元的补助金^[10];2015年,日本继续保持了对氢与燃料电池汽车的高强度投入和高额补贴;2016年计划投入氢能与燃料电池的财政预算达到601亿日元,比上一年大幅增加^[11]。日本经济产业省也在不久前宣布,到2025年,国内供给燃料电池汽车燃料的加氢站增至目前的4倍,将达到320处^[12];2025年,国内燃料电池汽车销售量力争达到20万辆,2030年力争达到80万辆。

此外,日本还在行业标准和新车研制方面引领科技前沿,如日本燃料电池电动汽车安全标准将被整合至联合国欧洲经济委员会“燃料电池电动汽车安全性全球技术规程世界论坛”的最终草案中;日本汽车制造商丰田加入了伦敦的“市长氢能源合作伙伴计划”,双方承诺将共同努力,推动氢能源和燃料电池技术的发展。

2001年美国成立了汽车工程师学会（SAE）燃料电池标准委员会,并在2002年开始关注氢燃料电池汽车,发布《自由汽车计划》,计划的重点是支持氢动力燃料电池汽车研发。此后,相继提出《氢燃料计划》和《先进能源计划》。由于燃料电池技术开发难度大,奥巴马政府一再取消或减少了燃料电池技术发展计划投入。2010年,美国能源部燃料电池及氢能工业重新获得1.74亿美元的政府支持资金,该部门近两年来的项目资助和支持也逐渐加大,如2015年10月,美国能源部宣布资助10个燃料电池和氢技术行业项目^[13],总投资达到2 000万美元。同年12月,美国能源部宣布设立3 500万美元的基金^[14],旨在发展燃料电池和氢相关技术和基础设施等,以及推动诸如轻型燃料电池电动车等燃料电池早期应用。

近年来,美国加大了对加氢设施建设的资金投入,如美国加利福尼亚地区是清洁能源应用的先驱,目前政策导向已经越来越重视氢能基础设施建设,其在未来5年内将投资1亿美元建立100座加氢站。

韩国已经实施了几项补贴政策推动新可再生能源设施在全国的部署。其中,“百万绿色家庭项目”计划在2020年前向安装不同类型新可再生能源建设的家庭补贴100万韩元。此外,2015年底,韩国政府表示将满足该国对氢燃料电池汽车的需求,主要是通过降低车辆售价并建立必要的基础设施来实现^[15]。除了补贴和税收减免,政府也计划帮助汽车制造商降低生产成本和增设国内的氢充电站,其中,计划在2020年建成80个充电站,2030年充电站数量达到520个,2050年达到1 500个,而这一行动是帮助氢动力车增长的一个关键点。

欧洲各国鼓励对燃料电池汽车的研究由来已久。英国、德国、荷兰、法国等国家陆续在国家公共交通汽车以及氢燃料电池汽车的基本建设和电池研发方面进行了大量的研究。欧盟委员会每年在氢燃料电池研发项目上提供4.7亿欧元的资金支持。

2014年在燃料电池和氢国际合作伙伴计划(FCH JU)论坛上,戴姆勒(Daimler)、曼(MAN)、索拉瑞斯(Solaris)、范胡尔(Van Hool)及VDL等欧洲5家主流客车制造商共同签署理解备忘录,承诺加强推进城市公交系统燃料电池客车的商业化和市场推广^[16]。在协议签署方和主要欧洲城市公交运营商的支持下,由FCH JU提出的促进燃料电池客车商业化的倡议将目标定为：到2020年在欧洲共运营500至1 000辆燃料电池客车。

加拿大在氢能和燃料电池方面处于全球领先地拉,体现在几乎所有类型燃料电池相关技术、部件、系统供应和集成、加氢系统、燃料储存以及工程和资金服务^[17]。2015年初,加拿大燃料电池龙头巴拉德动力系统（BLDP）宣布^[18],该公司的客户——欧洲第四大公共汽车原始设备制造商范胡尔汽车公司已经与欧洲氢燃料电池合作联盟（EU HFCJ）签订了一项为欧洲生产制造21辆全新的氢燃料电池客车的计划草案。这21辆氢燃料电池客车使用巴拉德最新一代的FCvelocity-HD7燃料电池模组,仅使用水和热能提供电力,真正做到零排放,并计划于2016年交付给欧盟。

近年来,中国政府正在大力推动新能源汽车产业结构优化和消费升级、完善新能源汽车扶持政策,支持动力电池、燃料电池汽车研发等工作。

在政策方面,2014年国务院办公厅印发《能源发展战略行动计划（2014–2020年）》^[19],明确今后一段时期我国能源发展的总体方略和行动纲领,其中“氢能与燃料电池”被列为20个能源科技重点创新方向之一。《中国制造2025》对燃料电池汽车给出的定位是,“到2020年,生产1 000辆燃料电池汽车并进行示范运行;到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。”^[20]

在产业方面,科技部早在2013年就发布了年度国家产业技术创新战略试点联盟和重点培育联盟名单,同济大学联合国内在燃料电池汽车领域有重要影响力的18家企事业单位共同发起成立的“燃料电池汽车产业技术创新战略联盟”获批为第三批国家产业技术创新战略试点联盟之一。该联盟在国家政策和资金引导下,探索建立以企业为主体、市场为导向、产学研结合的开发式技术创新机制。另外,在国家发展改革委的支持和引导下,中国燃料电池工程中心的二期建设项目——工程中心创新能力建设项目于2013年上半年正式启动,项目建成后工程中心将具备燃料电池技术领域全行业公共服务能力和燃料电池工程技术验证能力,为行业产业化提供全面的技术、咨询和公共技术验证平台服务。

从企业层面来看,2016年1月,加拿大智慧能源领军企业MTX公司与广东台山市政府签订合作意向书^[21],旨在台山投资开发氢能源项目。技术的核心是通过实现能源储存,应用氢气制造天然气、燃料电池、智能电网等新能源领域。上汽集团已投入2.5亿元^[22],用于燃料电池和燃料电池汽车关键技术研发,未来三五年内,国产燃料电池汽车有望量产。

优先权专利因其可以较为准确地反映专利年度发展状况,所以鉴于优先权数据在专利族中的重要作用,本文主要按照优先权年和优先权国家/地区进行统计。

综观燃料电池汽车的发展,从1960年代开始有零星的研究,直到1990年代中期都未得到很好的发展（图1）。从1990年末开始,随着油价的不断攀升以及技术瓶颈的不断攻克,燃料电池汽车的发展出现了契机,呈现出快速发展的态势,这个趋势一直延续到2007年。2008年受全球经济危机的影响,年专利申请量略有下降。近几年,全球专利申请量呈逐年下滑的趋势,一方面可能与专利的早期申请、延迟公开制度有关,另一方面燃料电池汽车已处于示范生产阶段,说明燃料电池汽车技术已日臻完善,正在向商业化道路进军。

专利申请人一般在其所在国家/地区首先申请专利,然后在一年内利用优先权申请国外专利。因此,通过专利申请优先权所属国家/地区的数量分布可以了解各个国家/地区在该领域的技术实力。

根据燃料电池汽车专利技术的来源国家/地区分布（图2）可以看出,直至1990年代中后期,由于技术不成熟等原因,各国燃料电池汽车相关研发基本上没有任何发展,且各国差距不大。然而,进入1990年代后期,日本出现超乎想象的高速发展,成为当时最大的技术发源地,其专利申请量的全球份额达60.2%,且自1998年开始,日本历年的专利申请量均处于全球第1的位置,这表明日本在燃料电池汽车专利技术中占有绝对的优势。美国是世界上最早开展燃料电池汽车专利申请的国家,以12.1%的专利申请量份额排在全球第2位,但美国的发展速度明显不及日本,1998年后美国的专利年申请量也次于日本,位列全球第2。韩国、德国和中国分别位列日本和美国之后,也是燃料电池汽车专利技术较为主要的产出国,不过这3个国家的优先权专利申请量与日本有很大的差距,如中国的专利申请量份额仅为5.6%。

相较于美国、德国和日本,韩国和中国进入燃料电池汽车领域的时间相对较晚,开展相关专利申请的时间均不超过20年,发展趋势也较为相似,近年来的专利年申请量均介于美德之间,但韩国的发展速度明显快于中国。

专利受理国家/地区反映了技术接受地信息,反映了该国家/地区的专利保护程度,也是相关技术和产品市场布局的重要参照,可以为区域间的技术保护提供有用信息。

根据燃料电池汽车专利技术的受理国家/地区分布（图3）可以看出,燃料电池汽车专利主要受理地区与技术来源国/地区相似,集中于东亚、北美和欧洲地区。此外,澳大利亚较为重视燃料电池汽车专利保护,印度也存在少量专利受理。

专利申请人一般分为企业、高校、科研院所和个人4种类型。将上述专利分析结果按专利申请量由多到少进行排序后发现,申请量排名前50位的专利申请人均为企业,说明企业是目前燃料电池汽车研发的主力军,这也反映出目前燃料电池汽车已进入产业化发展和实用阶段。

根据燃料电池汽车专利申请量前10位申请人分布（表1）可以看出,在Top10申请人中,日本有7家,日本企业同时占据了申请量前3的位置,韩国、美国和德国各1家。中国的专利申请人未能进入Top10行列。从总体上来看,中国燃料电池汽车研发单位多而分散,但申请量无一能与国外的大公司相抗衡。

排在前3位的丰田汽车公司、本田株式会社和日产自动车株式会社均是来自日本的汽车制造商,在新能源汽车领域均有自主研发产品。排在第4~6位的依次为韩国现代自动车株式会社、美国通用汽车环球科技运作有限责任公司和德国戴姆勒股份公司等汽车企业,这些企业同样有自主研发的新能源汽车产品,但在专利申请量上与上述日本企业差距较大。日本企业松下电器产业株式会社相关申请量也较大,位列第7,松下是世界知名的电器制造商,而燃料电池是理想的移动电源,近年来也有向燃料电池汽车行业进军的动向。

分析专利申请活跃期和新专利申请量,可以看出竞争机构对于某一技术的技术领先持续度和最新的技术发展态势。在燃料电池汽车相关技术专利中,分析排名前10位机构的专利申请活跃期和近5年专利申请量占总量的比例情况能够看出,除韩国现代自动车株式会社外,其余燃料电池汽车技术专利申请活跃期基本保持在20年以上,其中专利申请活跃期超过30年的申请人分别是日本丰田汽车公司、日本日产自动车株式会社、美国通用汽车环球科技运作有限公司和日本株式会社电装。其中,最早开始申请的是美国通用汽车公司,至今已有49年历史,但其专利申请高峰主要在上个世纪,近年来关于燃料电池汽车的专利申请略有下降,近5年专利量占比为23.7%。前10位专利权人中,韩国现代自动车株式会社进入该领域的时间最晚,专利申请活跃期仅16年,但其近5年专利量占比较高,为40.3%,仅次于德国戴姆勒股份公司,后者为45.3%。

我国燃料电池汽车领域专利申请量排名前10的专利申请人主要是高校和企业（图4）,清华大学（TSINGHUA UNIV）、中国第一汽车集团公司（CHINA FIRST AUTOMOBILE GROUP）和上海神力科技有限公司（SHANGHAI SHENLI HIGH TECH CO）排在前3位。上海汽车集团公司（SAIC MOTOR CO LTD）、新源动力股份有限公司（SUNRISE POWER CO）、同济大学（UNIV TONGJI）、武汉理工大学（WUHAN UNIV TECHNOL）、浙江大学（UNIV ZHEJIANG）、上海燃料电池汽车动力系统有限公司（SHANGHAI FUEL CELL VEHICLE CO）依次排在第4~9位。科研院所仅有中国科学院大连化学物理研究所（DALIAN CHEM & PHYSICAL INST）位居前10（第10位）。中国专利权人多是2000年后才进入燃料电池汽车技术领域,年专利申请量也很低,且时断时续,技术积累明显不及国外专利权人。

从国际和国内Top10机构间的专利合作申请情况看,除韩国现代自动车株式会社（HYUNDAI MOTOR CO LTD）外,其余9家国际专利权人之间形成了2个合作申请圈。其中：日本丰田汽车公司（TOYOTA JIDOSHA KK）、日本本田株式会社（HONDA MOTOR CO LTD）、日本松下电器产业株式会社（MATSUSHITA DENKI SANGYO KK）、日本株式会社电装（NIPPONDENSO CO LTD）、日本住友集团（SUMITOMO KK）和日本爱信精机株式会社（AISIN SEIKI KK）等6家日本企业间形成了一个较为密集的专利申请合作圈,技术内容涉及面广,包括电机、电容、电极、电池、充电、产氢、燃料效率诊断等。德国戴姆勒股份公司（DAIMLER AG）分别与美国通用汽车环球科技运作有限公司（GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS INC）和日本日产自动车株式会社（NISSAN MOTOR CO LTD）之间形成了跨国专利合作圈,戴姆勒与通用的1项合作内容涉及能量控制,与日产的3项合作内容分别为增湿器、空调设备、储氢系统等。排名前10位的燃料电池汽车产业技术国内机构中没有专利合作申请（图5）。